DE102018204282A1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (12), aufweisend mindestens einen transmissiven Wellenlängenkonverter (2), mindestens einen reflektiven Wellenlängenkonverter (3) und mehrere Laser (4, 4a, 4b, 13), die jeweils mindestens einen Wellenlängenkonverter (2, 3) bestrahlen, und mindestens ein Mikrospiegelarray (5), wobei von den Lasern (4, 4a, 4b) abgestrahltes Primärlicht (P) von den jeweiligen Wellenlängenkonvertern (2, 3) zumindest teilweise in Sekundärlicht (S) unterschiedlicher Wellenlänge umwandelbar ist und von den Wellenlängenkonvertern (2, 3) abgegebenes Licht (P,S), das zumindest das Sekundärlicht (S) enthält, auf das Mikrospiegelarray (5) fällt. Ein Fahrzeug (F) weist mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung (12) auf.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend mehrere Wellenlängenkonverter mehrere Laser, die jeweils mindestens einen Wellenlängenkonverter bestrahlen, und mindestens ein Mikrospiegelarray, wobei von den Lasern abgestrahltes Primärlicht von den jeweiligen Wellenlängenkonvertern zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umwandelbar ist und von den Wellenlängenkonvertern abgegebenes Licht, das zumindest das Sekundärlicht enthält, auf das Mikrospiegelarray fällt. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf automobile ANwe4ndungen, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer.
• Aktuell kommen immer mehr neuartige Scheinwerfersysteme in Fahrzeugen zur Realisierung. Dies betrifft insbesondere Scheinwerfersysteme mit laserbasierten Lichtquellen und LED-Matrix-Lichtquellen. Laserbasierte Lichtquellen können beispielsweise sogenannte LARP-Lichtquellen sein, bei denen von einem oder mehreren Lesern emittierte Pumplichtstrahlung (Primärlicht) mittels eines Wellenlängenkonverters zumindest teilweise umgewandelt wird, um von dem Scheinwerfer abzustrahlendes Nutzlicht zu erhalten. Die Verwendung von LARP-Lichtquellen im Vergleich zu LED-Matrix-Lichtquellen ergibt den Vorteil, dass besonders hohe Leuchtdichten erzielt werden können und der Konverter mit einer vorgeformten Lichtverteilung beaufschlagt werden kann.
• In Kombination mit Mikrospiegelarrays (DMDs, „Digital Micromirror Devices“) sind dadurch bildpunktbasierte Lichtabstrahlmuster mit besonders hohen Auflösungen bzw. Zahlen von Bildpunkten möglich. Typischerweise sollen die Mikrospiegelarrays bisher möglichst homogen beleuchtet werden. Dies hat für automobile Zwecke den Nachteil, dass Licht, welches in bestimmten Bereichen des Lichtabstrahlmusters nicht oder mit geringerer Helligkeit benötigt wird, vor seiner aus Kopplung aus dem Scheinwerfer in dem Scheinwerfer blockiert werden muss. Dabei bleibt die den diesen Bereichen zugeordnete Lichtquelle jedoch weiterhin eingeschaltet, was erhebliche Energieverluste bewirkt und zudem bewirkt, dass sich der Scheinwerfer merklich erwärmt. Dadurch wiederum kann es zu erhöhten Kosten und einem erhöhten Gewicht durch Vorsehen von Kühlkörpern kommen.
• WO 2015089018 A1 offenbart weist ein DMD-Beleuchtungssystem mit mehreren Beleuchtungsquellen. Das DMD-Beleuchtungssystem umfasst eine Mehrzahl von Lichtquellen, wobei jede der Lichtquellen Licht auf eine digitale Mikrospiegelvorrichtung entsprechend einer jeweiligen Position eines Arrays von Mikrospiegel wirft, wobei jede Lichtquellen so positioniert ist, dass von der Mikrospiegelvorrichtung reflektiertes Licht aus dem DMD-Beleuchtungssystem herausprojiziert wird. Eine Steuerschaltung ist mit der Vielzahl von Lichtquellen und der digitalen Mikrospiegelvorrichtung gekoppelt und ist zum Steuern der Position einzelnen Mikrospiegeln der Mikrospiegelvorrichtung konfiguriert. Die Steuerschaltung ist ferner dazu konfiguriert, die Lichtquellen durch Steuersignale an- und auszuschalten, so dass das Licht von den Lichtquellen auf die Mikrospiegelvorrichtung auftrifft und das von der Mikrospiegelvorrichtung reflektierte Licht aus dem Beleuchtungssystem ausgekoppelt wird.
• DE 10 2016 212 213 A1 offenbart eine Leuchtanordnung mit einer Strahlungsquelle, in deren Strahlungsgang eine Mikrospiegel-Vorrichtung mit einer Vielzahl von Mikrospie-geln angeordnet ist. Ein jeweiliger Mikrospiegel ist hierbei in eine erste und zweite Schwenkposition verschwenkbar. In der ersten Schwenkposition wird hierbei eine Strahlung der Strahlungsquelle zu einem Strahlungsausgang reflektiert. Es ist eine weitere Strahlungsquelle vorgesehen, die derart angeordnet ist, dass ein jeweiliger Mikrospiegel in seiner zweiten Schwenkposition Strahlung der weiteren Strahlungsquelle hin zum Strahlungsausgang lenkt.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungssystem, aufweisend
• - mindestens einen transmissiven Wellenlängenkonverter,
• - mindestens einen reflektiven Wellenlängenkonverter und
• - mehrere Laser, die jeweils mindestens einen Wellenlängenkonverter bestrahlen, und
• - mindestens ein Mikrospiegelarray,
wobei
• - von den Lasern abgestrahltes Primärlicht von den jeweiligen Wellenlängenkonvertern zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umwandelbar ist und von den Wellenlängenkonvertern abgegebenes Licht, das zumindest das Sekundärlicht enthält, auf das Mikrospiegelarray fällt.
• So wird der Vorteil erreicht, dass eine DMD-basierte Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt wird, bei welcher das Mikrospiegelarray mit einer Lichtverteilung beaufschlagt wird, die durch eine Kombination von einem oder mehreren transmissiven Wellenlängenkonvertern und einem oder mehreren reflektiven Wellenlängenkonvertern erzeugt wird. Die auf das Mikrospiegelarray einfallende Lichtverteilung kann dadurch vorteilhafterweise vorgeformt werden, indem die Wellenlängenkonverter gezielt inhomogen beleuchtet werden bzw. selbst durch ihre unterschiedlichen Eigenschaften (reflektiv / transmissiv / Leuchtstoffeigenschaften / Dicken usw.) eine unterschiedliche Lichtverteilung erzeugen.
• Die Laser können Laserdioden sein.
• Diese Beleuchtungsvorrichtung weist den weiteren Vorteil auf, dass besonders hohe Leuchtdichten auf dem Mikrospiegelarray erreichbar sind, das durch die Kombination von reflektiven und transmissiven Konvertern Wellenlängenkonverter, das Problem umgangen wird, dass eine maximal erreichbare Leuchtdichte von Leuchtstoffen transmissiver Wellenlängenkonverter aufgrund von thermischen Effekten und Anregungszustands-/ Konversionszentrums-Effekten stärker begrenzt ist.
• Der Wellenlängenkonverter weist mindestens einen Leuchtstoff auf, welcher dazu geeignet ist, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion“) oder kürzer sein (sog. „Up Conversion“) als die Wellenlänge des Primärlichts. Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Wellenlängenkonverter eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandelten Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Primärlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. „warm-weiß“. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als „Tertiärlicht“ bezeichnet werden.
• Der Wellenlängenkonverter kann in einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial verteilt eingebettete Leuchtstoffpartikel aufweisen, z.B. Pulverteilchen. Das Matrixmaterial kann z.B. Silikon, Epoxidharz oder Glas aufweisen. Der Wellenlängenkonverter kann auch aus einem wellenlängenumwandelnden Körper bestehen, beispielsweise aus wellenlängenumwandelnder Keramik wie YAG:Ce, LuAG, LiEuMo₂08 oder Li₃Ba₂Eu₃ (Mo0₄) ₈. Der Wellenlängenkonverter kann ein plättchenförmiger Leuchtstoffkörper sein.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass Wellenlängenkonverter nebeneinander angeordnet sind, was auch als „Konverter-Array“ bezeichnet werden kann. Die Wellenlängenkonverter können dann auch als Konvertersegmente abgesehen oder bezeichnet werden. Das Konverter-Array kann in der Mitte ein einen reflektiven Wellenlängenkonverter aufweisen und an den Rändern transmissive Wellenlängenkonverter aufweisen. Wird eine maximale Leuchtdichte in der Mitte der Lichtverteilung benötigt, so ist es eine vorteilhafte Weiterbildung, dass ein reflektiver Wellenlängenkonverter in der Mitte des Konverter-Arrays vorhanden wird. Wird eine asymmetrische Lichtverteilung mit einer besonders hohen Leuchtdichte an einer anderen Stelle der Lichtverteilung gewünscht, kann ein reflektiver Wellenlängenkonverter, welcher die größte Pumpleistungsdichte aushält, entsprechend außermittig positioniert werden und mit der nötigen Pumpleistungsdichte beaufschlagt werden. Dies ist vorteilhafterweise mit der maximal möglichen und gewünschten Auflösung abgestimmt. Es ist auch möglich, mehrere Bereiche mit besonders hoher gewünschter Leuchtdichte auf dem Mikrospiegelarray vorzusehen, insbesondere auch getrennt voneinander, die jeweils mit einem reflektiv wirkenden Wellenlängenkonverter realisiert werden, wodurch mehrere Leuchtdichte-Peaks auf dem Mikrospiegelarray erzeugbar sind. Im Allgemeinen ist - je nach gewünschter Anwendung - eine beliebige Anordnung von Wellenlängenkonvertern mit beliebig vielen und beliebig geformten Wellenlängenkonvertern mit beliebigen Leuchtstoffen und Leuchtstoffkombinationen möglich
• Insbesondere können einige (mindestens zwei) oder alle Wellenlängenkonverter oder einige (mindestens zwei) oder alle Wellenlängenkonverter eines Typs (reflektiv/transmissiv) unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, z.B. in Bezug auf ihren Farbort, ihre Dicke, eine Dickenvariation, ihre Dotierung, ihre Nutzung zur Teil- oder Vollkonversion, ihren Aufbau, ihre Transparenz für IR-Licht, usw. Beispielsweise kann eine Leuchtdichtevariation auch durch eine Anpassung der Dicke, ggf. in Kombination mit einer Änderung anderer Parameter wie einer Leuchtstoffdotierung und Streupartikelkonzentration, erreicht werden.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass benachbart angeordnete Wellenlängenkonverter spaltfrei aneinandergrenzen.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass benachbart angeordnete Wellenlängenkonverter durch einen Spalt mit einer Spaltbreite von nicht mehr als 10 Mikrometern bis 200 Mikrometern voneinander getrennt sind.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein reflektiver Wellenlängenkonverter und mindestens einen transmissiver Wellenlängenkonverter einstückig miteinander verbunden sind, also mechanisch und/oder stoffmäßig miteinander verbunden sind. Es ist eine Weiterbildung, dass - je nach vorhandenen Prozessschritten und Aufteilung der Wellenlängenkonverter - ein Wellenlängenkonverter verarbeitet ist, z.B. im Packaging, dass es teilweise transmissiv und teilweise reflektiv ist, also auf einem Wellenlängenvolumen zwei oder mehr Wellenlängenkonverter realisiert sind.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Wellenlängenkonverter beweglich oder bewegbar ist, insbesondere drehbar ist.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Laser dazu eingerichtet (ausgebildet und angeordnet) ist, mindestens einen Wellenlängenkonverter mit Primärlicht zu bestrahlen, für das dieser mindestens eine Wellenlängenkonverter transparent oder unempfindlich ist, d.h., dass dieses Primärlicht durch den Wellenlängenkonverter nicht in Sekundärlicht umgewandelt wird.
• Es ist eine Ausgestaltung, dass das Primärlicht, für das mindestens ein Wellenlängenkonverter transparent ist, Infrarotlicht ist.
• Es ist eine Weiterbildung, mehrere Laser zu kombinieren und über eine gemeinsame Optik zu vereinigen (z.B. zu kollimieren) bevor diese dann - z.B. über eine Optik auf den mindestens einen Wellenlängenkonverter - eingestrahlt werden.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
• 1 zeigt eine Skizze eines vereinfachten Beleuchtungssystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel; und
• 2 zeigt eine ausschnittsweise Skizze eines vereinfachten Beleuchtungssystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 1 eines Fahrzeugs F. Der Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung 1 wandelt rein beispielhaft das DMD-System der WO 2015/089018 A1 ab.
• Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist mindestens zwei transmissive Wellenlängenkonverter in Form von Konvertersegmenten 2, einen mittigen reflektiven Wellenlängenkonverter in Form eines Konvertersegments 3, mehrere Laser in Form von Laserdioden 4, die jeweils einen Wellenlängenkonverter bestrahlen, und ein Mikrospiegelarray 5 auf, von dem hier stark vergrößert nur ein Mikrospiegel 6 eingezeichnet ist. Die Konvertersegmente 2 und 3 sind als Konverter-Array angeordnet.
• Von den Laserdioden 4 abgestrahltes Primärlicht P wird von den jeweiligen Konvertersegmenten 2 und 3 zumindest teilweise in jeweiliges Sekundärlicht S umgewandelt. Von den Konvertersegmenten 2 und 3 abgegebenes Licht (eine Mischung aus Primärlicht P und Sekundärlicht S oder - im Fall einer Vollkonversion - nur das umgewandelte Sekundärlicht S) fällt als Nutzlicht P,S auf das Mikrospiegelarray 5.
• Genauer gesagt trifft in diesem Ausführungsbeispiel das von den Konvertersegmenten 2 und 3 abgegebene Nutzlicht P,S aus einer bestimmten Richtung und aus einem bestimmten Winkelraum (z.B. aus einem Konus mit (halbem) Öffnungswinkel 12°) auf das Mikrospiegelarray, welches aus vielen kleinen Mikrospiegeln 6 besteht, die individuell angesteuert und geklappt werden können. Die Mikrospiegel 6 werden entweder so gestellt, dass das Nutzlicht P, S in einer projizierenden Auskopplungsoptik 7 geformt und weiterverarbeitet werden kann oder auf einen Absorber 8 (sog. „Beam Dump“) fällt und nicht mehr aktiv verwendet wird.
• Aufgrund der großen Zahl an Mikrospiegeln 6 kann ein hochauflösendes bildpunktbasiertes Bild als Lichtabstrahlmuster erzeugt werden, da das Nutzlicht P,S jedes einzelnen Mikrospiegels 6 entweder verwendet oder „vernichtet“ wird bzw. werden kann (= dunkel in Bezug auf die Auskopplungsoptik 7 ist, d.h., eine Beam Dump-Nutzung vorliegt).
• Die Mikrospiegel 6 werden mit sehr hohen Schaltfrequenzen von bis zu mehreren tausend Stellungs- oder Statuswechseln pro Sekunde betrieben. In Verbindung mit einer intelligenten Ansteuerung sind so auch Zwischenstufen (Grautöne) möglich bzw. bei farbigen Lichtquellen (bzw. teilweise noch Farbrädern oder Shuttern) auch jegliche Farbinformation.
• Eine mögliche erfinderische Ausgestaltung kann im Detail z.B. folgendermaßen aus dem Mikrospiegelsystem der WO 2015/089018 A1 abgewandelt sein:
• Die Beleuchtungsvorrichtung 1 weist einen segmentierten Leuchtstoff mit mehreren Konvertersegmenten 2 und 3 auf, der in dieser Ausgestaltung in der Mitte ein reflektives Konvertersegment 3 (z.B. Leuchtstoffplättchen) aufweist und an den Rändern aus transmissiven Konvertersegmenten 2 besteht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Konvertersegmente 2 und 3 so dicht wie möglich nebeneinander positioniert sind und möglichst kein leuchtstofffreier Zwischenraum vorhanden ist (jedoch können, falls gewünscht, Zwischenräume vorgesehen sein werden).
• Es ist auch möglich, dass bei einem kreisrunden inneren Konvertersegment 3 dieser von einen ring- oder ringsektorförmigen Konvertersegment 2 umgeben ist, wobei zumindest das äußere Konvertersegment 2 um eine mit dem Konvertersegment 3 gemeinsame Achse (koaxial) rotieren kann. Das ring- oder ringsektorförmige Konvertersegment 2 kann aus unterschiedlichen Leuchtstoffelementen oder Leuchtstoffbereichen aufgebaut sein, die sich bei Drehung an den jeweiligen Primärlichtstrahlen der Laser 4 vorbeidrehen. Die Drehung kann segmentweise erfolgen oder aber auch in einem Dauerstrichbetrieb. Die außenliegenden Konvertersegmente 2 können z.B. transmissiv, das innere Konvertersegment 3 reflektiv ausgestaltet sein.
• Die außenliegenden Konvertersegmente 2 brauchen nicht in einer Ebene mit dem inneren Konvertersegment 3 zu liegen, sondern können auch in Richtung des Mikrospiegelarrays 5 geneigt sein.
• Die transmissiven Konvertersegmente 2 werden von der dem Mikrospiegelarray 5 abgewandten Seite mit Primärlicht P beaufschlagt. Dieses wird z.B. von einer oder mehreren Laserdioden 4a generiert und mit Hilfe eines primäroptischen Systems 9, jeweils bestehend aus einem oder mehreren optischen Elementen, auf die Konvertersegmente 2 geführt. Das reflektive Konvertersegment 3 weist auf der von dem Mikrospiegelarray 5 abgewandten Seite eine Reflexionsschicht auf. Daher wird das Laserlicht P, das z.B. von einer Laserdiode 4b generiert wird, über ein primäroptisches System 10, bestehend aus einem oder mehreren optischen Elementen, von der dem Mikrospiegelarray 5 zugewandten Seite auf das Konvertersegment 3 geführt. Das Licht kann im Konvertersegment 3 bei zwei Durchgängen (in Richtung Spiegel, dann wieder zurück in Richtung Mikrospiegelarray 5) sowohl ganz als auch nur teilweise in Licht anderer Wellenlänge umgewandelt werden.
• Es ist auch möglich mehrere Laserlichtquellen, insbesondere Laserdioden, zu kombinieren und über eine gemeinsame Optik zu vereinigen (z.B. zu kollimieren), bevor diese dann über die Optik 9 bzw. 10 auf die Konvertersegment 2 bzw. 3 gelenkt werden.
• Für automobile Anwendungen wird in der Regel blaues Pumplaserlicht als das Primärlicht P und ein Konvertersegment 2 und/oder 3 mit blau-gelb wandelndem Leuchtstoff verwendet, um weißes Mischlicht als Nutzlicht P, S für Anwendungen im Vorfeld eines Fahrzeugs zu erzeugen (Konverter in Teilkonversion). Im Allgemeinen können aber Laser beliebiger Wellenlänge und dazu passende Leuchtstoffe bzw. Konvertersegment beliebiger Farbe verwendet werden. Auch die Kombination davon in einer Anwendung ist möglich. Alle Konvertersegmente können sowohl in Teil- als auch in Vollkonversion betrieben werden. Das Licht, das von den (transmissiven und reflektiven) Leuchtstoffen emittiert wird, wird über ein (sekundär)optisches System 11, das aus einem oder mehreren optischen Elementen besteht, auf das Mikrospiegelarray 5 eingestrahlt.
• Allgemein kann das Primärlicht P entweder über getrennte Optiken 9, 10 oder über eine gemeinsame Optik zu den Konvertersegmenten 2, 3 geführt werden. Das optische System 11 kann entweder die Lichtverteilung den Konvertersegmenten 2, 3 direkt auf das Mikrospiegelarray 5 abbilden oder das von den verschiedenen Konvertersegmenten 2, 3 abgestrahlte Licht S / P,S mischen, um eine homogene Beleuchtung des Mikrospiegelarrays 5 zu ermöglichen.
• Es ist auch möglich, dass die Konvertersegmenten 2, 3 räumlich getrennt sind. Dann wird insbesondere nicht eine klassische Abbildung aller Konvertersegmente 2, 3 ganzen Lichtquelle durch das sekundäroptische System 11 auf das Mikrospiegelarray 5 („Ort zu Ort“) durchgeführt, sondern jedes Konvertersegmente 2, 3 wird durch ein eigenes sekundäroptisches System 11 auf das ganze Mikrospiegelarray 5 abgebildet.
• Auch ist es denkbar, dass einige oder alle Konvertersegmente oder einige alle Konvertersegmente eines Typs (reflektiv/transmissiv) unterschiedliche Eigenschaften aufweisen: z.B. in Bezug auf Farbort, Dicke, Dickenvariation, Dotierung, Teil-/Vollkonversion, Konverteraufbau, Transparenz für IR-Licht, usw. Beispielsweise kann eine Leuchtdichtevariation auch durch eine Anpassung der Dicke, ggf. in Kombination mit einer Änderung anderer Parameter wie Leuchtstoffdotierung und Streupartikelkonzentration erreicht werden.
• Die Konvertersegmente 2, 3 können jeweils und/oder relativ zueinander quadratisch, rechteckig , polygonal oder freiförmig ausgebildet sein. Sie können insbesondere rotationssymmetrisch zur einer optischen Einkoppelachse des Primärlichts P ausgestaltet oder angeordnet sein. Sowohl die Laserdioden als auch die LEDs können dann z.B. rotationssymmetrisch (oder auch nicht rotationssymmetrisch) um diese Achse angeordnet sein.
• Eine weitere Anwendung ist ein Mikrospiegelsystem, das sowohl mit sichtbarem als auch mit IR-Licht beaufschlagt werden kann, in Kombination mit einer LARP-Lichtquelle, bestehend aus transmissiven und reflektiven Leuchtstoffen.
• 2 zeigt eine ausschnittsweise Skizze eines vereinfachten Beleuchtungssystems 12 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, das ein mögliches Ausführungsbeispiel unter Verwendung von IR-Licht darstellt, nämlich für sichtbare, VIS-, und IR-Strahlung.
• Bei Verwendung von LARP-Lichtquellen kommen wegen der hohen thermischen Belastung üblicherweise YAG:Cer:Gd Keramik-Konverter, eventuell kombiniert mit einem sog. „Second Phase“-Material, zum Einsatz. YAG:Cer:Gd-Keramiken sind im Infrarotbereich bei Wellenlängen von 780 nm bis zu einigen Mikrometern im Wesentlichen optisch durchlässig (bzw. nicht absorbierend, eine Streuung tritt weiterhin auf.). Deshalb kann, mit einem gewissen Absorptionsverlust, IR-Strahlung durch einen transmissiven keramischen Konverter transmittiert werden. Somit können Weißlicht- und Infrarot-Beleuchtungsfunktionen mit demselben Wellenlängenkonverter bzw. an dessen Ortslage zur Verfügung gestellt werden. Das weiße Nutzlicht wird z.B. durch die Überlagerung von blauer Laserstrahlung (Primärlicht) und vom dem Wellenlängenkonverter emittiertem „gelbem“ Konversionslicht (Sekundärlicht) erzeugt, während die IR-Strahlung von einer separaten IR-Strahlungsquelle zur Verfügung gestellt wird, wobei die IR-Strahlung aber durch den Wellenlängenkonverter hindurch transmittiert wird. Da die IR-Strahlung separat erzeugt wird, kann sie eine andere Modulationsfrequenz oder ON/OFF-Zyklen als die weiße Nutzstrahlung aufweisen.
• Die IR-Strahlung kann auch beim reflektiven Wellenlängenkonverter verwendet werden. Grundsätzlich sind auch andere Leuchtstoffe/Konverter denkbar, so dass z.B. auch rotes und/oder grünes und/oder blaues Konversionslicht / Sekundärlicht erzeugt werden kann und/oder statt blauer Laserstrahlung z.B. UV-Licht zum Pumpen / als Primärlicht verwendet wird (in solch einem Fall müsste z.B. das blaue Licht zusätzlich erzeugt werden). Ebenso muss nicht zwangsweise weißes Nutzlicht erzeugt oder vorhanden sein. Eine Anwendung für z.B. Blinker (gelb), Rückleuchten (rot) oder Sonderrechte (blau) ist ebenfalls möglich.
• Das Beleuchtungssystem 12 ist zur Auskopplung von VIS- und IR-Strahlung vorgesehen: als „Lichtquelle“ für das Mikrospiegelarray 5 dient ein LARP-System, das aus mindestens einem transmissiven Konvertersegment 2 und mindestens einem reflektiven Konvertersegment 3 besteht. Das transmissive Konvertersegment 2 ist für sichtbares (VIS) und IR-Licht durchlässig. Alle Konvertersegmente 2, 3 können mit Primärlicht in Form von Laserlicht beaufschlagt werden, das zum Beispiel durch eine oder mehrere Laserdioden 4 bzw. 4a und 4b erzeugt wird. Je nach gewünschter Pumplichtverteilung auf dem Konvertersegment 2, 3 kann das Primärlicht P über eine beliebig komplexe Primäroptik (hier nicht eingezeichnet) passend geformt / fokussiert / kollimiert / aufgefächert usw. werden. Die von den Konvertersegmenten 2, 3 emittierte Sekundärstrahlung S und die von den Konvertersegmenten 2, 3 reflektierte oder transmittierte Primärstrahlung P werden über das sekundäroptische System 11 auf das Mikrospiegelarray 5 geführt. Die Lichtverteilung an dem Mikrospiegelarray 5 wird anschließend über die Auskopplungsoptik 7 (hier nicht dargestellt) auf die Straße oder ins Fernfeld abgebildet. So sind hochaufgelöste Lichtverteilungen vor einem Fahrzeug realisierbar.
• Soll die IR-Funktion zum Beispiel für ein Nachtsicht-System genutzt werden, so wird die IR-Lichtquelle 13 in Betrieb genommen. Die IR-Lichtquelle 13 kann im Allgemeinen eine konventionelle Glühlampe sein, aber auch eine Halogen-Glühlampe oder eine Gasentladungslampe. Ebenso möglich ist es, eine LED oder LARP-Lichtquelle als IR-Lichtquelle zu verwenden. Insbesondere ist es auch möglich, einen IR-Laser als IR-Lichtquelle zu verwenden. Die IR-Lichtquelle emittiert Infrarotlicht im Wellenlängenbereich von 780 nm bis zu mehreren tausend Nanometern (typisch: <100 µm, bevorzugt < 3 µm).
• Die IR-Lichtquelle 13 kann mit einem geeigneten primären Optiksystem (hier nicht dargestellt) kombiniert werden, das ggf. gewährleistet, dass die gewünschte IR-Strahlungsleistung und Verteilung nach dem Durchgang durch das Konvertersegmente 2 innerhalb des vom Mikrospiegelarray 5 akzeptierten Winkelkonus eingespeist wird.
• Das sekundäroptische System 11 sowie die Auskopplungsoptik 7 zur Abbildung auf die Straße/ins Fernfeld sollten so ausgelegt sein, dass sie ihre Funktion für VIS- und IR-Licht erfüllen.
• Die IR-Lichtquelle 13 kann entweder gleichzeitig mit den Laserlichtquellen 4 betrieben werden oder im Wechsel mit den Laserlichtquellen 4. Werden beide Arten von Lichtquellen gleichzeitig betrieben, so wird durch das Mikrospiegelarray 5 die gleiche IR- und VIS-Lichtverteilung auf der Straße eingestellt. Sollen die IR- und die VIS- Lichtverteilung beliebig eingestellt werden können, so sind für die hier vorgestellte Anwendung bevorzugt Lichtquellen 4, 13 zu verwenden, die mit hohen Frequenzen ein- bzw. ausgeschalten werden können. Bei einer Synchronisierung zwischen Mikrospiegelarray 5 und Lichtquellen 4, 13 können so abwechselnd beliebige IR- und VIS-Lichtverteilungen realisiert werden.
• Grundsätzlich ist die aufgeführte Anwendung nicht auf die erwähnten Wellenlängen (primäre Funktion VIS, sekundäre Funktion IR) beschränkt. Andere Wellenlängenbereiche und/oder Kombinationen des elektromagnetischen Spektrums (z.B. auch UV [< 400 nm], Terahertz-Strahlung [> 100 um], Mikrowellenstrahlung [> 1 mm], usw.) sind ebenfalls nutzbar.
• Einige Möglichkeiten der Nutzung der IR-Strahlung sind im Folgenden beispielhaft aufgelistet:
• Werden eine Lichtquelle im sichtbaren Wellenlängenbereich und eine IR-Quelle verwendet, kann während der Dunkelheit zusätzlich zur normalen Scheinwerferfunktion auch eine aktive Nachtsichtfunktion realisiert werden. Hierzu werden beispielsweise in regelmäßigen Abständen ein oder mehrere Bereiche z.B. vor oder seitlich eines Fahrzeugs mit IR-Strahlung ausgeleuchtet, das zurückreflektierte Licht wird z.B. von einer IR-Kamera erfasst, und anschließend werden die Informationen verarbeitet (z.B. zur Darstellung von detektierten Objekten auf einem Display im Fahrzeuginnenraum für den Fahrer, Regelung eines ADBs, automatisches Abbremsen des Fahrzeugs bei detektierten Hindernissen, usw.). Durch die Verwendung eines Mikrospiegelarray-Systems kann die IR-Lichtverteilung im Fernfeld gezielt eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann zum Beispiel bei Gegenverkehr der Bereich der IR-Kamera des entgegenkommenden Fahrzeugs ausgeblendet werden, um die IR-Messung des Gegenverkehrs nicht zu stören. Bisher ist es üblich, dass IR-Quellen polarisiertes Licht emittieren und IR-Kameras im Fahrzeug nur Licht detektieren, das um 90° gedreht polarisiert ist. Um eine Blendung der IR-Kamera zu vermeiden, mag also nur Licht detektiert werden, das an Objekten diffus reflektiert wurde. Der Vorteil eines IR-DMD-Systems besteht unter anderem darin, dass auf Polarisationsfilter verzichtet werden kann und geringere IR-Intensitäten ausreichen (und damit weniger/günstigere IR-LEDs verwendet werden können), da keine Polarisationsfilter vor der IR-Quelle und vor der IR-Kamera angebracht zu werden brauchen.
• Es ist auch möglich, ein IR-Winkel-Gitter mit Hilfe einer IR-Laserlichtquelle auf die Straße zu projizieren. Das Gitter kann z.B. als Justagehilfe zur Kalibrierung von Winkelkoordinatensystemen verwendet werden. Es ist auch möglich, das Gitter als digitale Standarddetektion zu verwenden. Die Auflösung bzw. Abstände der einzelnen Gitterlinien und/oder -Punkte wird geeignet gewählt. Es ist auch möglich, die Auflösung an die Verkehrssituation anzupassen, z.B. mit einer Variation in der Optik oder vorteilhafter in der Lichtquelle.
• Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, können zeitgleich unterschiedliche Lichtverteilungen für IR und VIS z.B. in einem Halbraum vor dem Fahrzeug realisiert werden. Dazu muss das Mikrospiegelarray 5 schnell und mehrmals (z.B. mit Frequenzen oberhalb der Erkennbarkeit des menschlichen Auges wie z.B. 60 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 400 Hz oder darüber) geschaltet werden, so dass mehrere Funktionen und/oder Beleuchtungseinheiten innerhalb einer Augenreaktionszeit „gleichzeitig“ aktiv sind.
• Es besteht auch die Möglichkeit einer Synchronisation der Beleuchtungseinrichtung 1 mit einem Sensor (z.B. einer Kamera), so dass z.B. auch nur alle 1/10 s (10 Hz) die zweite Funktion kurz aktiv ist, da dies für deren Funktion ausreichend ist. Die komplexe Steuerung eines adaptiven Fahrlichts („ADB“) und Nachtsichtsystems muss nicht nur die Winkelpositionen der Mikrospiegel 6, sondern auch die An-/ Aus-Taktung der Lichtquellen synchron bewerkstelligen.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• So können allgemein anstelle von Lasern bzw. Laserlichtquellen auch LEDs, insbesondere LED-Chips, oder andere Halbleiterlichtquellen verwendet werden, insbesondere LED-Matrix-Lichtquellen.
• Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
• Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
• Bezugszeichenliste

Beleuchtungsvorrichtung

1

Transmissives Konvertersegment

2

Reflektives Konvertersegments

3

Laserdiode

4

Mikrospiegelarray

5

Mikrospiegel

6

Auskopplungsoptik

7

Absorber

8

Primäroptisches System

9

Primäroptisches System

10

Sekundäroptisches System

11

Beleuchtungssystem

12

IR-Lichtquelle

13

Fahrzeug

F

Primärlicht

P

Sekundärlicht

S

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• WO 2015089018 A1 [0004]
• DE 102016212213 A1 [0005]
• WO 2015/089018 A1 [0024, 0030]

Claims (10)

1. Beleuchtungsvorrichtung (12), aufweisend - mindestens einen transmissiven Wellenlängenkonverter (2), - mindestens einen reflektiven Wellenlängenkonverter (3) und mehrere Laser (4, 4a, 4b, 13), die jeweils mindestens einen Wellenlängenkonverter (2, 3) bestrahlen, und - mindestens ein Mikrospiegelarray (5), wobei - von den Lasern (4, 4a, 4b) abgestrahltes Primärlicht (P) von den jeweiligen Wellenlängenkonvertern (2, 3) zumindest teilweise in Sekundärlicht (S) unterschiedlicher Wellenlänge umwandelbar ist und - von den Wellenlängenkonvertern (2, 3) abgegebenes Licht (P,S), das zumindest das Sekundärlicht (S) enthält, auf das Mikrospiegelarray (5) fällt.
2. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängenkonverter (2, 3) nebeneinander angeordnet sind.
3. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei benachbart angeordnete Wellenlängenkonverter (2, 3) spaltfrei aneinandergrenzen.
4. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach Anspruch 3, wobei benachbart angeordnete Wellenlängenkonverter (2, 3) durch einen Spalt mit einer Spaltbreite von nicht mehr als 10 Mikrometern bis 200 Mikrometern voneinander getrennt sind.
5. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein reflektiver Wellenlängenkonverter (3) und mindestens ein transmissiver Wellenlängenkonverter (2) einstückig miteinander verbunden sind.
6. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Wellenlängenkonverter (2, 3) beweglich oder bewegbar ist, insbesondere drehbar ist.
7. Beleuchtungsvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Laser (13) dazu eingerichtet ist, mindestens einen Wellenlängenkonverter (2, 3) mit Primärlicht (P) zu bestrahlen, für das dieser mindestens eine Wellenlängenkonverter (2) transparent ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung (12) nach Anspruch 7, wobei das Primärlicht (P), für das mindestens ein Wellenlängenkonverter (2) transparent ist, Infrarotlicht ist.
9. Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) ein Fahrzugscheinwerfer ist.
10. Fahrzeug (F), aufweisend mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung (1; 12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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